歸巢核酸內切酶的分類、特點及應用
以人工核酸內切酶介導的基因組編輯技術主要包括 4 種：歸巢核酸內切酶技、 鋅指核酸酶技術、轉錄激活因子樣效應物核酸酶技術和成簇的規律間隔的短回文重復序列CRISPR/Cas9 系統。
4 種主要的基因編輯技術
歸巢核酸內切酶（Meganuclease）是一種天然存在的脫氧核糖核酸內切酶，存在于各種形式的微生物以及真核生物的線粒體和葉綠體中，具有較大的 DNA 序列識別位點 (14~40bp)，該酶的切割位點在基因組中通常只出現一次。盡管自然界中存在數百種歸巢核酸內切酶，但發現能夠在所需位置切割給定基因的歸巢核酸內切酶的可能性非常小。
由于對 DNA 序列的識別位點較大，Meganuclease 具有高度的特異性，且自身編碼基因比較小（僅1 Kb 左右）易于傳遞。此外，該核酸酶切割 DNA 后會產生 3’端突出，更易進行 HDR 重組。然而， Meganuclease 的 DNA 結合域和裂解域不易區分，設計上較困難。
根據氨基酸序列和結構域特征，歸巢核酸內切酶可分為 6 個主要家族，各家族特點如下：
- LAGLIDADG 家族：最常見的家族，名稱來自其保守的氨基酸基序（LAGLIDADG），通常以同源二聚體（切割回文序列）或單體（切割非回文序列）形式發揮作用，如 I-SceI（來自酵母線粒體內含子）。
- GIY-YIG 家族：含保守的 GIY-YIG 基序，多為單體酶，識別序列長度約 14-20 bp，如 I-TevI（來自噬菌體 T4）。
- HNH 家族：含 HNH 基序（組氨酸 - 天冬酰胺 - 組氨酸），依賴金屬離子（如 Mg²⁺）切割 DNA，如 I-HmuI。
- His-Cys 盒家族：含保守的 His-Cys 基序，多與真核生物線粒體內含子相關。
- PD-(D/E) XK 家族：與部分限制性內切酶共享保守基序，但識別序列更長，如 I-PpoI。
- Vsr-like 家族：較少見，結構與 Vsr（very short patch repair）修復酶相關。
由于歸巢核酸內切酶具有長識別序列、高特異性的特點，其在基因編輯領域具有重要應用潛力：
- 精準基因切割：可作為基因編輯工具，在特定長序列處切割 DNA，減少脫靶效應（如 I-SceI 常被用于驗證基因修復效率）。
- 基因驅動系統：通過改造歸巢核酸內切酶，可構建基因驅動系統（如在蚊子中傳播抗瘧基因），實現特定基因在種群中的快速擴散。
- 基因治療：可用于靶向切割致病基因（如病毒整合序列、突變基因），結合修復模板實現精準修復。
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